概述

Android系统架构分为五层，从上到下依次是应用层、应用框架层、系统运行库层、硬件抽象层和Linux内核层。

Android底层内核空间以Linux Kernel作为基石，上层用户空间由Native系统库、虚拟机运行环境、框架层组成，通过系统调用(Syscall)连通系统的内核空间与用户空间。对于用户空间主要采用C++和Java代码编写，通过JNI技术打通用户空间的Java层和Native层(C++/C)，从而连通整个系统。

官方经典分层架构

Linux 内核层

Linux 内核提供了系统的进程管理、内存管理、文件系统、网络功能、硬件驱动、安全机制。

Android的核心系统服务基于Linux内核，在此基础上添加了部分Android专用的驱动。（这些驱动可能是linux 内核提供的，当然也允许设备制造商为内核开发硬件驱动程序）

硬件抽象层 HAL

硬件抽象层是位于操作系统内核与硬件电路之间的接口层。简单来说，就是对Linux内核驱动程序的封装，向上提供接口，屏蔽低层的实现细节。

把对硬件的支持分成了两层，一层放在用户空间（User Space），一层放在内核空间（Kernel Space），其中，硬件抽象层运行在用户空间，而Linux内核驱动程序运行在内核空间。

为什么要这样安排呢？把硬件抽象层和内核驱动整合在一起放在内核空间不可行吗？从技术实现的角度来看，是可以的，然而从商业的角度来看，把对硬件的支持逻辑都放在内核空间，可能会损害厂家的利益。

Linux内核源代码版权遵循GNU License，而Android源代码版权遵循Apache License，前者在发布产品时，必须公布源代码，而后者无须发布源代码。如果把对硬件支持的所有代码都放在Linux驱动层，那就意味着发布时要公开驱动程序的源代码，而公开源代码就意味着把硬件的相关参数和实现都公开了。这对厂家来说，损害是非常大的。

Android Runtime & C/C++库

（1） Android Runtime

每个应用都在其自己的进程中运行，都有自己的虚拟机实例（Android 5.0系统之后，Dalvik虚拟机被ART取代）

Dalvik虚拟机（DVM）是专门为移动设备定制的，允许在有限的内存中同时运行多个虚拟机的实例，并且每一个Dalvik应用作为一个独立的Linux进程执行。独立的进程可以防止在虚拟机崩溃的时候所有程序都被关闭。

DVM中的应用每次运行时，字节码都需要通过即时编译器（Just In Time，JIT）转换为机器码，这会使得应用的运行效率降低。而在ART中，系统在安装应用时会进行一次预编译（Ahead Of Time，AOT），将字节码预先编译成机器码并存储在本地，这样应用每次运行时就不需要执行编译了，运行效率也大大提高。

（2）C/C++库

名称	功能描述
OpenGL ES	3D绘图函数库
Libc	从BSD继承来的标准C系统函数库，专为基于嵌人式Linux的设备定制
Media Framework	多媒体库，支持多种常用的音频、视频格式录制和回放
SQLite	轻型的关系型数据库引擎
SGL	底层的2D图形谊染引擎
SSL	安全套接层，是-种为网络通信提供安全及数据完整性的安全协议
FreeType	可移植的字体引擎，它提供统一的接口来访向多种字体格式文件

从进程的角度理解：C/C++库主要包括init孵化来的用户空间的守护进程、HAL层以及开机动画等。启动init进程,是Linux系统的用户进程，init进程是所有用户进程的父进程。

• init进程会孵化出ueventd、logd、healthd、installd、adbd、lmkd等用户守护进程；
• init进程还启动servicemanager(binder服务管家)、bootanim(开机动画)等重要服务
• init进程孵化出Zygote进程，Zygote进程是Android系统的第一个Java进程(即虚拟机进程)，Zygote是所有Java进程的父进程，Zygote进程本身是由init进程孵化而来的。

Java Framework 层

应用框架层为开发人员提供了开发应用程序所需要的API，我们平常开发应用程序都是调用这一层所提供的API，当然也包括系统应用。这一层是由Java代码编写的，可以称为Java Framework。

项目	Value
Activity Manager	管理各个应用程序生命周期，以及常用的导航回退功能
Location Manager	提供地理位置及定位功能服务
Package Manager	管理所有安装在Android系统中的应用程序
Notification Manager	使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息
Resource Manager	提供应用程序使用的各种非代码资源，如本地化字符串、颜色文件等图片、布局文件
Telephony Manager	管理所有的移动设备功能
Window Manager	管理所有开启的窗口程序
Content Provider	使得不同应用程序之间可以共享数据
View System	构建应用程序的基本组件

从进程的角度理解：Java Framework 层主要包括

• Zygote 进程，是由init进程通过解析init.rc文件后fork生成的。Zygote进程的主要功能：
  加载ZygoteInit类，注册Zygote Socket服务端套接字
  加载虚拟机
  提前加载类preloadClasses
  提前加载资源preloadResouces
• System Server进程，是由Zygote进程fork而来，System Server是Zygote孵化的第一个进程，System Server负责启动和管理整个Java framework，包含ActivityManager，WindowManager，PackageManager，PowerManager等服务。
• Media Server进程，是由init进程fork而来，负责启动和管理整个C++ framework，包含AudioFlinger，Camera Service等服务。

应用层

系统内置的应用程序以及非系统级的应用程序都属于应用层，负责与用户进行直接交互，通常都是用Java进行开发的。

从进程的角度考虑：

• Zygote进程孵化出的第一个App进程是Launcher，这是用户看到的桌面App；
• Zygote进程还会创建Browser，Phone，Email等App进程，每个App至少运行在一个进程上。
• 所有的App进程都是由Zygote进程fork生成的。

The End

参考

老罗的Android之旅：Android硬件抽象层（HAL）概要介绍和学习计划

安卓进阶解密：微信读书版

Gityuan：Android 操作系统架构开篇